【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)公開基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，屬于非電變量的控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在挖掘機械施工過程中，特別是在隧道挖掘、馬路邊開挖溝槽、整機正?；剞D(zhuǎn)、周邊有架空電線、房屋樹木等復雜工況下，很容易因為視野范圍受限或機手操作失誤等多種原因，意外造成自來水管道、燃氣管道、電纜管道、架空高壓線以及周邊固定設(shè)施的嚴重損壞，甚至還可能出現(xiàn)人員傷亡等嚴重事故?，F(xiàn)有技術(shù)多采用人工在挖掘機一邊觀察提醒，或者在車上增加攝像頭和雷達進行觀測，但是人工處理依然存在觸碰障礙物的風險，因此，基于關(guān)鍵點預測算法，提出在限定區(qū)域內(nèi)的挖掘機安全操作控制方法，在施工安全方面有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，挖掘機容易觸碰障礙物的問題。
2、基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，包括在挖掘機上設(shè)置關(guān)鍵點、坐標系和傳感器，計算各關(guān)鍵點的x坐標，進行挖掘機行駛區(qū)域劃分，當最靠近障礙面的關(guān)鍵點進入緩沖區(qū)后，計算擴展人工勢場法限制指令，控制挖掘機不行駛至禁止區(qū)。
3、設(shè)置關(guān)鍵點包括，機身和動臂的連接處為o點，動臂和斗臂的連接處為e點，鏟斗油缸和斗臂的連接處為f點，鏟斗油缸和搖桿以及連桿的連接處為i點，搖桿和斗臂的連接處為g點，連桿和鏟斗的連接處為j點，鏟斗和斗臂的連接處為h點，鏟斗齒尖處為l點；
4、斗臂油缸和斗臂的連接處為d點，斗臂油缸和動臂的連接處為c點，x軸和鏟斗的重合點中x軸坐標值最大的點
5、設(shè)置坐標系包括，以o點為原點建立坐標系，以水平方向為x軸，豎直方向為y軸，以鏟斗方向為x軸正向，向上為y軸正向。
6、設(shè)置傳感器包括，第一傳感器設(shè)在挖掘機機身上，第一傳感器與挖掘機車身底盤平行，采集挖掘機回轉(zhuǎn)角度，第二傳感器與oe連線平行，采集動臂角度，第三傳感器與eh連線平行，采集斗臂角度，第四傳感器與gi連線平行，采集鏟斗角度。
7、計算各關(guān)鍵點的x坐標包括：
8、；
9、；
10、；
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12、；
13、；
14、；
15、；
16、；
17、式中，表示點的x坐標，表示點和點之間的連線長度，點是關(guān)鍵點中的任意一點，∈{o、e、f、i、g、j、h、l、d、c、k、a、b}，點和點的取值范圍與點的取值范圍相同，≠，、、、分別是四個傳感器的角度測量值，是鏟斗傳感器在慣性坐標系下的角度。
18、進行挖掘機行駛區(qū)域劃分包括，確定現(xiàn)場障礙物坐標信息，將挖掘機執(zhí)行機構(gòu)運動的區(qū)域分為安全區(qū)，緩沖區(qū)和禁止區(qū)。
19、安全區(qū)即執(zhí)行機構(gòu)自由運動的區(qū)域，設(shè)定標準是執(zhí)行機構(gòu)最靠近障礙物的點與障礙物最靠近挖掘機的點的連線距離大于300mm；
20、緩沖區(qū)即執(zhí)行機構(gòu)向障礙物方向減速的區(qū)域，設(shè)定標準是執(zhí)行機構(gòu)最靠近障礙物的點與障礙物最靠近挖掘機的點的連線距離在50~300mm區(qū)間內(nèi)；
21、禁止區(qū)即執(zhí)行機構(gòu)禁止向障礙物方向運動的區(qū)域，設(shè)定標準是執(zhí)行機構(gòu)最靠近障礙物的點與障礙物最靠近挖掘機的點的連線距離小于50mm；
22、允許執(zhí)行機構(gòu)在緩沖區(qū)停止，但不允許超出限定區(qū)域。
23、計算擴展人工勢場法限制指令包括，結(jié)合人工勢場算法和速度勢場法，引入最靠近障礙面的關(guān)鍵點在垂直障礙面方向的速度分量、所在連桿的角度信息和與障礙面的距離信息，將人工勢場法進行擴展，計算擴展人工勢場法限制指令：
24、；；；
25、式中，是擴展人工勢場系數(shù)，是關(guān)鍵點的線速度，表示第個傳感器的測量值，是關(guān)鍵點標號，為第個傳感器對應的挖掘機的臂的角速度，當檢測到是指向障礙面方向時進行取值，反之取0，為第個傳感器對應的挖掘機的臂上第個關(guān)鍵點到坐標系原點的距離，是最靠近障礙面的關(guān)鍵點與障礙面的距離，是障礙物坐標信息，是設(shè)置的緩沖區(qū)距離，是最靠近障礙面的關(guān)鍵點的坐標，是最靠近障礙面的關(guān)鍵點的坐標，是基本人工勢場系數(shù)。
26、，時對應第二傳感器和動臂，時對應第三傳感器和斗臂，時對應第四傳感器和鏟斗；
27、，分別對應b、c、d、f、h、i、j、k、l。
28、將擴展人工勢場法限制指令發(fā)送距離障礙物最近的關(guān)鍵點前個臂，判斷是否限制前個臂進行挖掘動作或是卸料動作。
29、相對比現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有以下有益效果：擴展人工勢場法使得末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)能夠更精確地對動態(tài)和靜態(tài)障礙物做出反應。當末端執(zhí)行器靠近障礙物時，位置斥力增大，迫使末端執(zhí)行器改變路徑以避開障礙物；而當末端執(zhí)行器以較高的速度接近障礙物時，速度斥力同樣增大，促使末端執(zhí)行器及時減速，以確保安全。通過這種復合斥力場的作用，末端執(zhí)行器能夠在復雜環(huán)境中實現(xiàn)平滑且安全的軌跡控制。當工作裝置進入排斥擴展人工勢場的范圍時，由于排斥速度變量的突然引入，可能會導致工作裝置所受合速度發(fā)生劇烈變化，這種突變可能會給工作裝置帶來不必要的沖擊，影響其穩(wěn)定性和精確性。為了緩和這種沖擊，本控制方法設(shè)計了安全區(qū)、緩沖區(qū)和禁止區(qū)，使得排斥速度能夠平滑地融入工作裝置的運動中，避免產(chǎn)生過大的減速度，確保工作裝置的平穩(wěn)運作。
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1.基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，包括在挖掘機上設(shè)置關(guān)鍵點、坐標系和傳感器，計算各關(guān)鍵點的X坐標，進行挖掘機行駛區(qū)域劃分，當最靠近障礙面的關(guān)鍵點進入緩沖區(qū)后，計算擴展人工勢場法限制指令，控制挖掘機不行駛至禁止區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，設(shè)置關(guān)鍵點包括，機身和動臂的連接處為O點，動臂和斗臂的連接處為E點，鏟斗油缸和斗臂的連接處為F點，鏟斗油缸和搖桿以及連桿的連接處為I點，搖桿和斗臂的連接處為G點，連桿和鏟斗的連接處為J點，鏟斗和斗臂的連接處為H點，鏟斗齒尖處為L點；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，設(shè)置坐標系包括，以O(shè)點為原點建立坐標系，以水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，以鏟斗方向為X軸正向，向上為Y軸正向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，設(shè)置傳感器包括，第一傳感器設(shè)在挖掘機機身上，第一傳感器與挖掘機車身底盤平行，采集挖掘機回轉(zhuǎn)角度，第二傳感器與OE連線平行，采集動臂角度，第三傳感器與EH連
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，計算各關(guān)鍵點的X坐標包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，進行挖掘機行駛區(qū)域劃分包括，確定現(xiàn)場障礙物坐標信息，將挖掘機執(zhí)行機構(gòu)運動的區(qū)域分為安全區(qū)，緩沖區(qū)和禁止區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，安全區(qū)即執(zhí)行機構(gòu)自由運動的區(qū)域，設(shè)定標準是執(zhí)行機構(gòu)最靠近障礙物的點與障礙物最靠近挖掘機的點的連線距離大于300mm；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，計算擴展人工勢場法限制指令包括，結(jié)合人工勢場算法和速度勢場法，引入最靠近障礙面的關(guān)鍵點在垂直障礙面方向的速度分量、所在連桿的角度信息和與障礙面的距離信息，將人工勢場法進行擴展，計算擴展人工勢場法限制指令：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，，時對應第二傳感器和動臂，時對應第三傳感器和斗臂，時對應第四傳感器和鏟斗；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，將擴展人工勢場法限制指令發(fā)送距離障礙物最近的關(guān)鍵點前個臂，判斷是否限制前個臂進行挖掘動作或是卸料動作。
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，包括在挖掘機上設(shè)置關(guān)鍵點、坐標系和傳感器，計算各關(guān)鍵點的x坐標，進行挖掘機行駛區(qū)域劃分，當最靠近障礙面的關(guān)鍵點進入緩沖區(qū)后，計算擴展人工勢場法限制指令，控制挖掘機不行駛至禁止區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，設(shè)置關(guān)鍵點包括，機身和動臂的連接處為o點，動臂和斗臂的連接處為e點，鏟斗油缸和斗臂的連接處為f點，鏟斗油缸和搖桿以及連桿的連接處為i點，搖桿和斗臂的連接處為g點，連桿和鏟斗的連接處為j點，鏟斗和斗臂的連接處為h點，鏟斗齒尖處為l點；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，設(shè)置坐標系包括，以o點為原點建立坐標系，以水平方向為x軸，豎直方向為y軸，以鏟斗方向為x軸正向，向上為y軸正向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于擴展人工勢場的挖掘機行駛控制方法，其特征在于，設(shè)置傳感器包括，第一傳感器設(shè)在挖掘機機身上，第一傳感器與挖掘機車身底盤平行，采集挖掘機回轉(zhuǎn)角度，第二傳感器與oe連線平行，采集動臂角度，第三傳感器與eh連線平行，采集斗臂角度，第四傳感器與gi連線平行，采集鏟斗角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于擴展人工勢...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王勝利，鄭嘉琪，王宗省，張方震，徐凱旋，楊鈺琳，
申請(專利權(quán))人：山東科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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